KR20230095603A - Separator unit for fuel cell and Unit cell for fuel cell including same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a separator unit for a fuel cell that can enhance airtightness stability by changing the shape of a gasket to a clip structure, and a unit cell for a fuel cell, including the same. A unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: an electricity-generating assembly (EGA) in which a gas diffusion layer (GDL) is laminated on each of both sides of a membrane electrode assembly (MEA); a first separator and a second separator disposed on an outside of the EGA, wherein a reaction surface is formed on each of the first and second separators to allow a reactive gas to flow, and a cooling surface is formed on each of the first and second separators opposite the reaction surfaces to allow cooling water to flow; a reaction surface gasket formed on the reaction surface of the first separator, wrapping and fixing a top and bottom of the EGA at a side of the EGA, and forming an airtight line with the second separator; and a cooling surface gasket formed on the cooling surface of the first separator and forming an airtight line with a second separator of another unit cell disposed adjacent to the unit cell.

Description

연료전지용 분리판 유닛 및 이를 포함하는 연료전지용 단위셀{Separator unit for fuel cell and Unit cell for fuel cell including same}Separator unit for fuel cell and Unit cell for fuel cell including same}

본 발명은 연료전지용 분리판 유닛 및 이를 포함하는 연료전지용 단위셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스켓의 형상을 클립 구조로 변경하여 기밀 안정성을 증대시킬 수 있는 연료전지용 분리판 유닛 및 이를 포함하는 연료전지용 단위셀에 관한 것이다.The present invention relates to a separator unit for a fuel cell and a unit cell for a fuel cell including the same, and more particularly, to a separator unit for a fuel cell capable of increasing airtightness stability by changing the shape of a gasket into a clip structure, and a fuel cell including the same It relates to a unit cell for a battery.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 스택 내에서 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환하는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량의 구동 전력을 공급할 뿐만 아니라 휴대용 장치와 같은 소형 전자 제품의 전력공급에 사용될 수 있으며, 최근 고효율의 청정 에너지원으로 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.A fuel cell is a kind of power generation device that converts the chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting it in a stack. It can be used for, and recently, its use area is gradually expanding as a high-efficiency clean energy source.

도 1은 일반적인 연료전지 스택의 구성을 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a general fuel cell stack.

도 1에서 알 수 있듯이, 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 단위셀은 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하는데, 이 막전극접합체(10)는 수소 양이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 고분자 전해질막(11)과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 연료극(12: anode) 및 공기극(13: cathode)으로 구성되어 있다.As can be seen in FIG. 1, a membrane-electrode assembly (MEA) is located at the innermost part of a unit cell constituting a general fuel cell stack, and the membrane-electrode assembly 10 moves hydrogen cations (protons). It is composed of a polymer electrolyte membrane 11 that can be applied, and a catalyst layer coated on both sides of the electrolyte membrane so that hydrogen and oxygen can react, that is, a fuel electrode (12: anode) and an air electrode (13: cathode).

또한, 상기 막전극 집합체(10)의 바깥 부분, 즉 연료극(12) 및 공기극(13)이 위치한 바깥 부분에는 한 쌍의 가스확산층(20, GDL: Gas Diffusion Layer)이 적층되고, 상기 가스확산층(20)의 바깥 쪽에는 연료를 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 분리판 조립체(30)가 가스켓라인(40)을 사이에 두고 위치된다.In addition, a pair of gas diffusion layers (20, GDL: Gas Diffusion Layer) is stacked on the outer portion of the membrane electrode assembly 10, that is, on the outer portion where the fuel electrode 12 and the air electrode 13 are located, and the gas diffusion layer ( Outside of 20), a separator assembly 30 having a flow field formed to supply fuel and discharge water generated by the reaction is positioned with the gasket line 40 interposed therebetween.

이때 분리판 조립체(30)는 연료극(anode)에 배치되는 애노드 분리판(31)과 공기극(cathode)에 배치되는 캐소드 분리판(32)이 서로 대면되면서 접합되어 이루어진다.At this time, the separator plate assembly 30 is formed by bonding the anode separator 31 disposed on the anode and the cathode separator 32 disposed on the cathode while facing each other.

한편, 연료전지 스택은 다수의 단위셀이 적층되어 이루어지는데, 적층되는 단위셀의 가장 바깥쪽에는 상기한 각 구성들을 지지 및 고정시키기 위한 엔드 플레이트(50, End plate)가 결합된다.On the other hand, a fuel cell stack is formed by stacking a plurality of unit cells, and an end plate 50 for supporting and fixing each of the above components is coupled to the outermost part of the stacked unit cells.

이때 어느 하나의 단위셀에 배치되는 애노드 분리판(31)은 그 단위셀에 인접배치되는 다른 단위셀의 캐소드 분리판(32)과 맞대어지도록 배치되어 적층된다.At this time, the anode separator 31 disposed in one unit cell is arranged and stacked so as to face the cathode separator 32 of another unit cell disposed adjacent to the unit cell.

이에 따라 단위셀의 적층 공정을 원활하게 실시하고, 각 단위셀들의 정렬을 유지하기 위하여 서로 맞대어지도록 배치되는 서로 인접되는 단위셀의 캐소드 분리판(32)과 애노드 분리판(31)을 일체화 시킨 분리판 조립체(30)를 사용하여 단위셀을 구성한다.Accordingly, in order to smoothly perform the lamination process of the unit cells and to maintain the alignment of each unit cell, the cathode separator 32 and the anode separator 31 of the unit cells adjacent to each other arranged to face each other are integrated. Separation A unit cell is constructed using the plate assembly 30 .

이때 분리판 조립체(30)를 구성하는 애노드 분리판(31)과 캐소드 분리판(32)은 접합되어 일체화 되면서 매니폴드가 서로 연통되고, 반응영역이 서로 동일한 위치에 배치되도록 유사한 형상으로 구성된다.At this time, the anode separator 31 and the cathode separator 32 constituting the separator assembly 30 are bonded and integrated so that the manifolds communicate with each other and have similar shapes so that the reaction regions are disposed at the same position.

한편 분리판 조립체(30)에서 다수의 매니폴드와 반응영역은 반응가스 또는 냉각수가 유입 또는 배출되거나 유동되는 공간으로서, 기밀을 위하여 그 둘레를 따라 기밀라인이 가스켓(40)에 의해 형성된다.Meanwhile, in the separation plate assembly 30, the plurality of manifolds and the reaction area are spaces in which reaction gas or coolant flows in, discharged, or flows, and an airtight line is formed along the circumference by the gasket 40 for airtightness.

일반적으로 기밀라인은 애노드 분리판(31)과 캐소드 분리판(32) 중 적어도 어느 하나의 분리판 표면에 고무재질의 가스켓(40)을 소정 두께로 사출하여 형성한다.In general, the airtight line is formed by injecting a rubber gasket 40 to a predetermined thickness on the surface of at least one of the anode separator 31 and the cathode separator 32 .

예를 들어 최근에는 공정의 편의를 위하여 애노드 분리판(31)에는 가스켓이 형성되지 않고, 캐소드 분리판(32)의 캐소드 반응면 및 캐소드 냉각면에 다양한 형태로 가스켓(40)이 형성하는 방식이 사용되고 있다.For example, recently, for the convenience of the process, a gasket 40 is not formed on the anode separator 31 and the gasket 40 is formed in various forms on the cathode reaction surface and the cathode cooling surface of the cathode separator 32. It is being used.

도 2a는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 애노드 분리판을 보여주는 도면이며, 도 2b는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 캐소드 분리판의 캐소드 반응면을 보여주는 도면이며, 도 2c는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 캐소드 분리판의 캐소드 냉각면을 보여주는 도면이다.FIG. 2A is a view showing an anode separator constituting a general fuel cell stack, FIG. 2B is a view showing a cathode reaction surface of a cathode separator constituting a general fuel cell stack, and FIG. 2C is a diagram illustrating a typical fuel cell stack. It is a drawing showing the cathode cooling surface of the cathode separator.

도 2a와 같이 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 애노드 분리판(31)은 중앙 영역에 수소가 유동되는 유로가 형성되는 애노드 반응영역(1a)이 형성되고, 상기 애노드 반응영역(1a)의 양측 영역으로 다수의 매니폴드(1b)가 형성된다. 이때 다수의 매니폴드(1b)는 6개가 마련되어 각각 수소, 공기 또는 냉각수가 유입 또는 배출된다.As shown in FIG. 2A, the anode separator 31 constituting a general fuel cell stack has an anode reaction region 1a in which a flow path through which hydrogen flows is formed in the central region, and is formed on both sides of the anode reaction region 1a. A plurality of manifolds 1b are formed. At this time, six manifolds 1b are provided, and hydrogen, air, or cooling water are respectively introduced or discharged.

특히, 애노드 분리판(31)에 형성되는 다수의 매니폴드(1b) 중 수소가 유입되는 수소유입 매니폴드(1b')와 애노드 반응영역(1a) 사이에는 수소유입 매니폴드(1b')를 통하여 유동되는 수소를 애노드 반응영역(1a)으로 유입시키는 수소 유입유로(31a)가 형성된다.In particular, among the plurality of manifolds 1b formed on the anode separator 31, a hydrogen inlet manifold 1b' is provided between the hydrogen inlet manifold 1b' into which hydrogen flows and the anode reaction region 1a. A hydrogen inflow passage 31a is formed through which flowing hydrogen flows into the anode reaction region 1a.

이때 수소 유입유로(31a)는 애노드 반응면 방향으로 돌출되어 관통되도록 다수개가 형성된다. 그리고, 수소 유입유로(31a)와 소정 간격 이격된 지점에는 애노드 반응면 방향으로 돌출되도록 포밍되는 다수의 지지돌기(31b)가 형성될 수 있다. 그래서 연료전지 스택의 적층시 애노드 분리판(31)에서 돌출되어 형성되는 다수의 수소 유입유로(31a)와 지지돌기(31b)에 막전극접합체(10)를 둘러싸서 지지하는 프레임(이하, "서브 가스켓(14)"이라고 지칭함)이 접촉되면서 지지된다.At this time, a plurality of hydrogen inflow channels 31a are formed so as to protrude toward the anode reaction surface and pass through. In addition, a plurality of support protrusions 31b formed to protrude in the direction of the anode reaction surface may be formed at points spaced apart from the hydrogen inflow passage 31a by a predetermined distance. Therefore, when the fuel cell stack is stacked, a frame (hereinafter referred to as “sub The gasket 14 (referred to as ") is supported while being contacted.

그래서, 애노드 분리판(31)과 캐소드 분리판(32) 사이에 서브 가스켓(14)이 적층되면서 단위셀을 구성한다.Thus, the sub-gasket 14 is stacked between the anode separator 31 and the cathode separator 32 to form a unit cell.

그리고, 애노드 분리판(31)에는 기밀라인을 형성하는 가스켓이 형성되지 않는다.In addition, a gasket forming an airtight line is not formed on the anode separator 31 .

한편, 도 2b 및 도 2c와 같이 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 캐소드 분리판(32)도 중앙 영역에 공기가 유동되는 유로가 형성되는 캐소드 반응영역(2a)이 형성되고, 상기 캐소드 반응영역(2a)의 양측 영역으로 다수의 매니폴드(2b)가 형성된다. 이때 다수의 매니폴드(2b)도 애노드 분리판(31)과 마찬가지로 6개가 마련되어 각각 수소, 공기 또는 냉각수가 유입 또는 배출된다.On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 2C, the cathode separator 32 constituting a general fuel cell stack also has a cathode reaction region 2a in which a passage through which air flows is formed in the central region, and the cathode reaction region 2a A plurality of manifolds 2b are formed in the regions on both sides of ). At this time, six manifolds 2b are also provided like the anode separator 31, and hydrogen, air, or cooling water are introduced or discharged, respectively.

특히, 캐소드 분리판(32)에 형성되는 다수의 매니폴드(2b) 중 공기가 유입되는 공기유입 매니폴드(2b')와 캐소드 반응영역(2a) 사이에는 공기유입 매니폴드(2b')를 통하여 유동되는 공기를 캐소드 반응영역(2a)으로 유입시키는 공기 유입유로(32a)가 형성된다.In particular, between the air inlet manifold (2b') through which air is introduced among the plurality of manifolds (2b) formed on the cathode separator 32 and the cathode reaction region (2a) through the air inlet manifold (2b'). An air introduction channel 32a is formed to introduce flowing air into the cathode reaction region 2a.

한편, 캐소드 분리판(32)에는 수소, 공기 또는 냉각수가 유동되는 유로를 형성하면서 기밀을 유지하기 위하여 다양한 형태의 가스켓라인(40)이 형성된다.Meanwhile, various types of gasket lines 40 are formed in the cathode separator 32 to maintain airtightness while forming a flow path through which hydrogen, air, or cooling water flows.

예를 들어 도 2b와 같이 캐소드 분리판(32)의 캐소드 반응면에는 다수의 매니폴드(2b)와 캐소드 반응영역(2a)을 둘러싸면서 애노드 분리판(31)이 접촉되는 외측 기밀라인(41)이 형성된다. 그리고, 캐소드 반응영역(2a)을 둘러싸면서 공기가 유입되는 경로를 확보하고, 서브 가스켓(14)이 접촉되는 내측 기밀라인(42)이 형성된다. 이렇게 캐소드 분리판(32)의 캐소드 반응면에 애노드 분리판(31)이 접촉되는 외측 기밀라인(41)과 서브 가스켓(14)이 접촉되는 내측 기밀라인(42)이 함께 형성되는 분리판을 일반적으로 '듀얼 가스켓 타입 분리판'이라고 지칭하고 있다.For example, as shown in FIG. 2B, the outer airtight line 41 in contact with the anode separator 31 while surrounding the plurality of manifolds 2b and the cathode reaction region 2a on the cathode reaction surface of the cathode separator 32 is formed Then, while enclosing the cathode reaction region 2a, a path through which air is introduced is secured, and an inner airtight line 42 in contact with the sub gasket 14 is formed. In this way, a separator in which an outer airtight line 41 in contact with the anode separator 31 and an inner airtight line 42 in contact with the sub gasket 14 are formed together on the cathode reaction surface of the cathode separator 32. As a result, it is referred to as a 'dual gasket type separator'.

그리고, 도 2c와 같이 캐소드 분리판(32)의 캐소드 냉각면에는 냉각수가 유입되는 경로와 공기가 유입되는 경로를 확보하면서 애노드 분리판(31)에 접촉되는 기밀라인(40b)이 형성된다.And, as shown in FIG. 2C, an airtight line 40b in contact with the anode separator 31 is formed on the cathode cooling surface of the cathode separator 32 while securing a path through which coolant flows and air flows.

한편, 도 3은 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 단위셀을 보여주는 도면이다.Meanwhile, FIG. 3 is a view showing unit cells constituting a general fuel cell stack.

도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 단위셀은 애노드 분리판(31)의 애노드 반응면과 캐소드 분리판(32)의 캐소드 반응면 사이에 막전극접합체(10)와 그 양면에 기체확산층(20)을 적층시킨 조립체인 발전접합체(EGA; Electricity-Generating Assembly)(21)가 배치된다. 이때, 발전접합체(21)에는 막전극접합체(10)의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓(14)이 더 포함될 수 있다. 그래서, 발전접합체(21)의 양면은 각각 애노드 분리판(31)의 애노드 반응영역(1a)과 캐소드 분리판(32)의 캐소드 반응영역(2a)에 배치된다.As shown in FIG. 3, the unit cells constituting a general fuel cell stack are formed on the membrane electrode assembly 10 and both sides thereof between the anode reaction surface of the anode separator 31 and the cathode reaction surface of the cathode separator 32. An Electricity-Generating Assembly (EGA) 21, which is an assembly in which the gas diffusion layer 20 is stacked, is disposed. At this time, the power generation assembly 21 may further include a sub gasket 14 surrounding and supporting an edge of the membrane electrode assembly 10 . Thus, both sides of the power generation assembly 21 are disposed in the anode reaction region 1a of the anode separator 31 and the cathode reaction region 2a of the cathode separator 32, respectively.

이때, 캐소드 분리판(32)의 캐소드 냉각면에는 인접배치되는 단위셀을 구성하는 애노드 분리판(31)의 애노드 냉각면과 서로 대향되도록 배치되어 적층된다.At this time, the cathode cooling surface of the cathode separator 32 is disposed and laminated so as to face the anode cooling surface of the anode separator 31 constituting the adjacent unit cell.

한편, 일반적으로 듀얼 가스켓 타입 분리판이 적용되는 연료전지 스택을 구성하는 단위셀의 경우에는 발전접합체(21)의 서브 가스켓(14)이 애노드 분리판 또는 캐소드 분리판과 가스켓(40) 없이 맞닿는 부분이 필연적으로 발생하게 된다.On the other hand, in the case of a unit cell constituting a fuel cell stack to which a dual gasket type separator is generally applied, the portion where the sub gasket 14 of the power generation assembly 21 is in contact with the anode separator or cathode separator without the gasket 40 is will inevitably occur.

도 4는 도 2b의 A-A선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면으로서, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 애노드 분리판(31)과 발전접합체(21)의 서브 가스켓(14)이 맞닿는 부분(S1)은 가스켓이 존재하지 않아 기밀성이 보장되지 않는 문제가 발생하였다.Figure 4 is a view showing the stacked state of the unit cells for the line A-A of Figure 2b, as can be seen in Figure 4, the anode separator 31 and the sub gasket 14 of the power generation assembly 21 are in contact (S1 ) has a problem in that airtightness is not guaranteed because the gasket does not exist.

또한, 캐소드 분리판(32)과 발전접합체(21)의 서브 가스켓(14)이 맞닿는 부분(S2)은 내측 기밀라인(42)을 형성하는 가스켓이 존재하더라도 발전접합체(21)의 서브 가스켓(14)의 일면으로만 맞닿는 부분이 형성되고, 서브 가스켓(14)의 두께가 얇고 유연한 소재가 적용되기 때문에 쉽게 휘어지면서 해당 부분에서 기밀성이 저하되는 문제가 발생하였다.In addition, the portion (S2) where the cathode separator 32 and the sub gasket 14 of the power generation assembly 21 come into contact (S2) even though there is a gasket forming the inner airtight line 42, the sub gasket 14 of the power generation assembly 21 ), and since the thickness of the sub-gasket 14 is thin and a flexible material is applied, a problem in that airtightness is deteriorated at the corresponding part while being easily bent occurred.

한편, 종래의 듀얼 가스켓 타입 분리판의 경우 내부 및 외부의 기밀성을 담당하는 가스켓(40)이 캐소드 분리판(32)의 반응면에 이중으로 구성되기 때문에 분리판의 공간을 많이 차지하는 문제도 발생하였다.On the other hand, in the case of the conventional dual gasket-type separator, since the gasket 40 responsible for internal and external airtightness is configured in double on the reaction surface of the cathode separator 32, a problem of occupying a large space of the separator also occurred. .

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The description of the above background art is only for understanding the background of the present invention, and should not be taken as an admission that it corresponds to the prior art already known to those skilled in the art.

JPJP 5482991 5482991 B2B2 (2014.02.28)(2014.02.28)

본 발명은 가스켓의 형상을 클립 구조로 변경하여 기밀 안정성을 증대시킬 수 있는 연료전지용 분리판 유닛 및 이를 포함하는 연료전지용 단위셀을 제공한다.The present invention provides a separator unit for a fuel cell capable of increasing airtightness stability by changing the shape of a gasket into a clip structure and a unit cell for a fuel cell including the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있는 것으로 보아야 할 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention. You will have to see.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 분리판 유닛은 연료전지의 단위셀에 사용되는 분리판 유닛으로서, 일면에는 막전극접합체(MEA)의 양면에 기체확산층(GDL)을 적층시킨 발전접합체(EGA)가 배치되는 반응면이 형성되고, 타면에는 냉각면이 형성되는 제 1 분리판과; 상기 제 1 분리판의 반응면에 형성되고, 상기 발전접합체(EGA)의 측부에서 상기 발전접합체(EGA)의 상단과 하단을 감싸서 고정시키며, 단위셀을 구성하는 제 2 분리판과의 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓을 포함한다.A fuel cell separator unit according to an embodiment of the present invention is a separator unit used in a unit cell of a fuel cell, and is a power generation assembly (EGA) in which a gas diffusion layer (GDL) is laminated on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) on one side. ) A first separator having a reaction surface disposed thereon and a cooling surface formed on the other surface; It is formed on the reaction surface of the first separator plate, surrounds and fixes the upper and lower ends of the power generator assembly (EGA) at the side of the power generator assembly (EGA), and forms an airtight line with the second separator constituting the unit cell. It includes a reaction surface gasket to form.

상기 반응면 가스켓은, 상기 제 1 분리판의 반응면에 접착되어 구비되는 접착부와; 상기 접착부에서 돌출되는 방향으로 연장되는 힌지부와; 상기 힌지부의 단부에서 절곡되어 연장되는 밀착부로 구분되고, 상기 접착부, 힌지부 및 밀착부로 둘러싸여서 상기 발전접합체(EGA)의 측부가 삽입되는 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.The reaction surface gasket may include an adhesive portion adhered to the reaction surface of the first separator plate; a hinge portion extending in a direction protruding from the bonding portion; It is characterized in that it is divided into a close contact portion bent and extended at an end of the hinge portion, and an insertion space into which the side portion of the power generation assembly (EGA) is inserted is formed surrounded by the adhesive portion, the hinge portion, and the close contact portion.

상기 밀착부에는 상기 힌지부가 형성된 방향의 반대방향으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 실링돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.At least one sealing protrusion protruding in a direction opposite to the direction in which the hinge part is formed is formed on the close contact part.

상기 밀착부의 단부는 필릿(fillet) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.The end of the close contact is characterized in that formed in the form of a fillet (fillet).

상기 반응면 가스켓은 탄성이 있는 고무 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.The reaction surface gasket is characterized in that it is formed of an elastic rubber material.

상기 제 1 분리판의 냉각면에 형성되어 인접 배치되는 다른 단위셀의 제 2 분리판과 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓을 더 포함한다.It further includes a cooling surface gasket formed on the cooling surface of the first separator plate and forming an airtight line with a second separator plate of another unit cell disposed adjacent thereto.

상기 발전접합체(EGA)는 상기 막전극접합체의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓을 더 포함하고, 상기 반응면 가스켓은 상기 서브 가스켓의 상단과 하단을 감싸서 고정시키는 것을 특징으로 한다.The power generation assembly (EGA) may further include a sub-gasket that surrounds and supports an edge of the membrane-electrode assembly, and the reaction surface gasket surrounds and fixes upper and lower ends of the sub-gasket.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지용 단위셀은 막전극접합체(MEA)의 양면에 기체확산층(GDL)을 적층시킨 발전접합체(EGA)와; 상기 발전접합체(EGA)의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 반응면이 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각면이 형성되는 제 1 분리판 및 제 2 분리판과; 상기 제 1 분리판의 반응면에 형성되고, 상기 발전접합체(EGA)의 측부에서 상기 발전접합체(EGA)의 상단과 하단을 감싸서 고정시키며, 상기 제 2 분리판과의 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓과; 상기 제 1 분리판의 냉각면에 형성되어 인접 배치되는 다른 단위셀의 제 2 분리판과 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓을 포함한다.Meanwhile, a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a power generation assembly (EGA) in which gas diffusion layers (GDL) are laminated on both sides of a membrane electrode assembly (MEA); It is disposed outside the power generation assembly (EGA), and a reaction surface through which reaction gas flows is formed on a surface facing the gas diffusion layer, and a cooling surface through which cooling water flows is formed on a surface opposite to the surface facing the gas diffusion layer. a first separating plate and a second separating plate; It is formed on the reaction surface of the first separation plate, surrounds and fixes the upper and lower ends of the power generation assembly (EGA) at the side of the power generation assembly (EGA), and forms an airtight line with the second separation plate. gasket; and a cooling surface gasket formed on the cooling surface of the first separator plate and forming an airtight line with a second separator plate of another unit cell disposed adjacent thereto.

상기 반응면 가스켓은, 상기 제 1 분리판의 반응면에 접착되어 구비되는 접착부와; 상기 접착부에서 돌출되는 방향으로 연장되는 힌지부와; 상기 힌지부의 단부에서 절곡되어 연장되면서 상기 제 2 분리판의 반응면에 밀착되는 밀착부로 구분되고, 상기 접착부, 힌지부 및 밀착부로 둘러싸여서 상기 발전접합체(EGA)의 측부가 삽입되는 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.The reaction surface gasket may include an adhesive portion adhered to the reaction surface of the first separator plate; a hinge portion extending in a direction protruding from the bonding portion; It is divided into a close contact part that is bent and extended at the end of the hinge part and adheres to the reaction surface of the second separator plate, and is surrounded by the adhesive part, the hinge part, and the close contact part to form an insertion space into which the side of the power generation assembly (EGA) is inserted. characterized by being

상기 밀착부에는 상기 힌지부가 형성된 방향의 반대방향으로 돌출되어 상기 제 2 분리판의 반응면에 밀착되는 적어도 하나 이상의 실링돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that at least one sealing protrusion protrudes in a direction opposite to the direction in which the hinge part is formed and is in close contact with the reaction surface of the second separator.

상기 밀착부의 단부는 필릿(fillet) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.The end of the close contact is characterized in that formed in the form of a fillet (fillet).

상기 발전접합체(EGA)의 가장자리에는 상기 기체확산층(GDL)이 배치되지 않는 노출영역이 형성되고, 상기 접착부 및 밀착부는 상기 발전접합체(EGA)의 노출영역을 감싸는 것을 특징으로 한다.An exposed area where the gas diffusion layer (GDL) is not disposed is formed at an edge of the power assembly (EGA), and the adhesive portion and the close contact portion surround the exposed area of the power assembly (EGA).

상기 발전접합체(EGA)는 상기 막전극접합체의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓을 더 포함하고, 상기 반응면 가스켓은 상기 서브 가스켓의 상단과 하단을 감싸서 고정시키는 것을 특징으로 한다.The power generation assembly (EGA) may further include a sub-gasket that surrounds and supports an edge of the membrane-electrode assembly, and the reaction surface gasket surrounds and fixes upper and lower ends of the sub-gasket.

상기 발전접합체(EGA)와 제 2 분리판 및 제 1 분리판이 체결된 경우에, 상기 힌지부의 높이는 상기 막전극접합체(MEA)과 서브 가스켓이 적층된 높이에 대응되는 것을 특징으로 한다.When the power generation assembly (EGA) and the second separation plate and the first separation plate are fastened, the height of the hinge portion corresponds to the height at which the membrane electrode assembly (MEA) and the sub gasket are stacked.

상기 발전접합체(EGA)와 제 2 분리판 및 제 1 분리판이 체결된 경우에, 상기 반응면 가스켓은 탄성이 있는 고무 소재로 형성되어, 상기 힌지부가 탄성변형되면서 상기 접착부와 밀착부에 의해 상기 서브 가스켓이 클램핑되는 것을 특징으로 한다.When the power generation assembly (EGA) and the second separator plate and the first separator plate are fastened, the reaction surface gasket is formed of an elastic rubber material, and the hinge part is elastically deformed, and the adhesive part and the contact part form the sub Characterized in that the gasket is clamped.

상기 제 2 분리판의 반응면 및 냉각면에는 기밀을 위한 가스켓이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that gaskets for airtightness are not formed on the reaction surface and the cooling surface of the second separator.

상기 제 1 분리판은 캐소드 분리판이고, 상기 제 2 분리판은 애노드 분리판인 것을 특징으로 한다.The first separator is a cathode separator, and the second separator is an anode separator.

본 발명의 실시예에 따르면, 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the following effects can be expected.

첫째, 종래의 듀얼 가스켓 타입 분리판과는 다르게 캐소드 분리판의 반응면에 가스켓을 단일 라인으로 구성하여 분리판의 전체 크기를 줄이거나 반응영역의 면적을 증대시킬 수 있다. 그래서, 연료전지 스택의 전체 면적 대비 반응 면적 비율을 증대시킬 수 있기 때문에 연료전지 스택의 소형화, 분리판 원가 절감 및 에너지 효율 증대 효과를 기대할 수 있다.First, unlike the conventional dual gasket-type separator, a single line of gaskets is formed on the reaction surface of the cathode separator, thereby reducing the overall size of the separator or increasing the area of the reaction region. Therefore, since the ratio of the reaction area to the total area of the fuel cell stack can be increased, effects of miniaturization of the fuel cell stack, cost reduction of the separator, and increase in energy efficiency can be expected.

둘째, 발전접합체(EGA)의 가장자리를 클립형태로 클램핑하는 반응면 가스켓을 이용함으로써, 막전극접합체(MEA) 위치의 자유도(degree of freedom)가 감소하기 때문에 단위셀의 적층시 각 구성요소의 정렬도를 향상시킬 수 있다.Second, since the degree of freedom of the position of the membrane electrode assembly (MEA) is reduced by using a reaction surface gasket that clamps the edge of the power generation assembly (EGA) in the form of a clip, when stacking unit cells, each component Alignment can be improved.

셋째, 애노드 분리판과 막전극접합체, 캐소드 분리판과 막전극접합체, 애노드 분리판과 캐소드 분리판 사이 등 다른 구성 요소가 맞닿는 모든 계면에 가스켓이 존재하기 때문에 단위셀의 기밀성을 보장할 수 있다.Third, since gaskets are present at all interfaces where other components come into contact, such as between the anode separator and the membrane electrode assembly, the cathode separator and the membrane electrode assembly, and between the anode separator and the cathode separator, the airtightness of the unit cell can be guaranteed.

넷째, 가스켓을 캐소드 분리판에만 사출하면서 동시에 가스켓을 단일 라인으로 구성하기 때문에 듀얼 가스켓 타입 분리판에 비해 사출 소재가 적게 사용되고, 이에 따라 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.Fourth, since the gasket is injected only into the cathode separator and the gasket is formed in a single line at the same time, less injection material is used compared to the dual gasket type separator, and thus cost reduction can be expected.

도 1은 일반적인 연료전지 스택의 구성을 보여주는 도면이고,
도 2a는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 애노드 분리판을 보여주는 도면이며,
도 2b는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 캐소드 분리판의 캐소드 반응면을 보여주는 도면이며,
도 2c는 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 캐소드 분리판의 캐소드 냉각면을 보여주는 도면이고,
도 3은 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 단위셀을 보여주는 도면이고,
도 4는 도 2b의 A-A선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 유닛을 보여주는 도면이고,
도 6a 및 도 6b는 도 5의 B-B선 및 C-C선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면이며,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 체결 전과 후의 반응면 가스켓의 구조를 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a general fuel cell stack;
2A is a view showing an anode separator constituting a general fuel cell stack;
2B is a view showing a cathode reaction surface of a cathode separator constituting a general fuel cell stack;
2C is a view showing a cathode cooling surface of a cathode separator constituting a general fuel cell stack;
3 is a view showing unit cells constituting a general fuel cell stack;
Figure 4 is a view showing the laminated state of the unit cell with respect to the line AA of Figure 2b,
5 is a view showing a separator unit for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
6A and 6B are diagrams showing a stacked state of unit cells for lines BB and CC of FIG. 5;
7A and 7B are views showing the structure of a reaction surface gasket before and after fastening a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments will complete the disclosure of the present invention, and will fully cover the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. Like reference numerals designate like elements in the drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 도 1 및 도 3에 도시된 일반적인 연료전지 스택을 구성하는 단위셀의 구성을 그대로 유지하면서 한 쌍의 분리판 중 선택되는 분리판에 형성되는 가스켓의 형성 위치 및 형상을 조정하여 단위셀의 기밀 안정성을 증대시킬 수 있도록 하는 것이다.A unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention maintains the configuration of a unit cell constituting a general fuel cell stack shown in FIGS. 1 and 3 as it is, and is formed on a gasket formed on a separator selected from among a pair of separator plates. It is to adjust the formation position and shape of to increase the airtight stability of the unit cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 종래의 연료전지용 단위셀과 마찬가지로 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 한 쌍의 분리판(210, 220) 사이에는 막전극접합체(110)와, 그 양면에 기체확산층(130)을 적층시킨 발전접합체(EGA; Electricity-Generating Assembly)(100)가 배치된다. 이때, 발전접합체(100)에는 막전극접합체(110)의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 프레임이 더 구비될 수 있고, 이 프레임을 서브 가스켓(120)이라고 칭한다.A unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6A and 6B, like a conventional unit cell for a fuel cell, has a membrane electrode assembly 110 and a membrane electrode assembly 110 between a pair of separators 210 and 220. , Electricity-Generating Assembly (EGA) 100 in which gas diffusion layers 130 are laminated on both sides thereof is disposed. At this time, the power assembly 100 may further include a frame that surrounds and supports the edge of the membrane electrode assembly 110 , and this frame is referred to as a sub gasket 120 .

이때, 한 쌍의 분리판(210, 220)은 제 1 분리판과 제 2 분리판으로 이루어지는데, 이때 제 1 분리판은 캐소드 분리판(220)이고, 제 2 분리판은 애노드 분리판(210)이다.At this time, the pair of separator plates 210 and 220 are composed of a first separator and a second separator, wherein the first separator is the cathode separator 220 and the second separator is the anode separator 210. )am.

그래서, 발전접합체(100)의 양면에는 각각 애노드 분리판(210)의 반응면과 캐소드 분리판(220)의 반응면이 배치된다.Thus, the reaction surface of the anode separator 210 and the reaction surface of the cathode separator 220 are disposed on both sides of the power assembly 100, respectively.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 애노드 분리판(210) 및 캐소드 분리판(220) 중 선택되는 하나의 분리판에 후술되는 반응면 가스켓(300)과 냉각면 가스켓(400)을 형성할 수 있다.In particular, in the unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a reaction surface gasket 300 and a cooling surface gasket 400 described below are attached to one separator selected from among the anode separator 210 and the cathode separator 220. ) can be formed.

본 실시예에서는 캐소드 분리판(220)에 반응면 가스켓(300)과 냉각면 가스켓(400)을 형성하는 것을 예로하여 설명한다. In this embodiment, forming the reaction surface gasket 300 and the cooling surface gasket 400 on the cathode separator 220 will be described as an example.

부연하자면, 캐소드 분리판(220)의 반응면에는 반응면 가스켓(300)이 사출되어 형성되고, 캐소드 분리판(220)의 냉각면에는 냉각면 가스켓(400)이 사출되어 형성된다.To elaborate, the reaction surface gasket 300 is injected and formed on the reaction surface of the cathode separator 220, and the cooling surface gasket 400 is injected and formed on the cooling surface of the cathode separator 220.

물론 반응면 가스켓(300)과 냉각면 가스켓(400)이 캐소드 분리판(220)에 형성되는 것에 한정되는 것은 아니고, 반응면 가스켓(300)과 냉각면 가스켓(400)이 애노드 분리판(210)에 형성될 수 있을 것이다.Of course, the reaction surface gasket 300 and the cooling surface gasket 400 are not limited to being formed on the cathode separator 220, and the reaction surface gasket 300 and the cooling surface gasket 400 are formed on the anode separator 210. can be formed in

그리고, 다수개의 단위셀이 직렬로 연결되어 연료전지 스택을 구성한다.Also, a plurality of unit cells are connected in series to form a fuel cell stack.

그래서, 하나의 단위 셀에 구성되는 애노드 분리판(210)은 그에 인접되는 단위셀에 구성되는 캐소드 분리판(220)과 서로 대면되어 배치된다.Thus, the anode separator 210 configured in one unit cell is disposed facing the cathode separator 220 configured in an adjacent unit cell.

따라서, 이하의 설명에서는 일반적인 연료전지 스택용 단위셀에 대하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.Therefore, in the following description, overlapping descriptions of unit cells for general fuel cell stacks will be omitted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 유닛을 보여주는 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 도 5의 B-B선 및 C-C선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면이며, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 체결 전과 후의 반응면 가스켓의 구조를 보여주는 도면이다.5 is a view showing a separator unit for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6A and 6B are views showing a stacked state of unit cells for lines B-B and C-C in FIG. 5, and FIGS. FIG. 7B is a view showing the structure of a reaction surface gasket before and after fastening a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이때 도 6a는 도 5의 B-B선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면이고, 도 6b는 도 5의 C-C선에 대한 단위셀의 적층상태를 보여주는 도면이며, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 체결 전의 반응면 가스켓의 구조를 보여주는 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀의 체결 후의 반응면 가스켓의 구조를 보여주는 도면이다.At this time, FIG. 6A is a view showing a stacked state of unit cells along line B-B in FIG. 5, FIG. 6B is a view showing a stacked state of unit cells along line C-C in FIG. 5, and FIG. 7A is an embodiment of the present invention. FIG. 7B is a view showing the structure of a reaction surface gasket after connecting a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 분리판 유닛은 단위셀을 구성하는 캐소드 분리판(220)과, 캐소드 분리판(220)의 반응면과 냉각면에 각각 사출되어 형성되는 반응면 가스켓(300)과 냉각면 가스켓(400)을 지칭한다.A separator unit for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a cathode separator 220 constituting a unit cell, and a reaction surface gasket 300 formed by injection into the reaction surface and the cooling surface of the cathode separator 220, respectively. ) and the cooling surface gasket 400.

그래서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 전술된 분리판 유닛을 포함하여 구성된다.Thus, a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the aforementioned separator unit.

부연하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 막전급접합체(MEA)(110)와, 막전극접합체(110)의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓(120)과, 막전극접합체(110)의 양면으로 배치되는 한 쌍의 기체확산층(GDL)(130)으로 이루어지는 발전접합체(EGA)(100)과; 기체확산층(130)의 외측으로 배치되고, 기체확산층(130)과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 반응면이 형성되고, 기체확산층(130)과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각면이 형성되는 애노드 분리판(210) 및 캐소드 분리판(220)을 포함한다.To elaborate, a unit cell for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a membrane power supply assembly (MEA) 110, a sub gasket 120 surrounding and supporting an edge of the membrane electrode assembly 110, and a membrane electrode assembly. A power generation assembly (EGA) (100) consisting of a pair of gas diffusion layers (GDL) (130) disposed on both sides of (110); It is disposed on the outside of the gas diffusion layer 130, a reaction surface on which reactive gas flows is formed on the surface facing the gas diffusion layer 130, and cooling water flows on the surface opposite to the surface facing the gas diffusion layer 130. It includes an anode separator 210 and a cathode separator 220 on which surfaces are formed.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 단위셀은 캐소드 분리판(220)의 반응면에 형성되고, 서브 가스켓(120)의 측부에서 서브 가스켓(120)의 상단과 하단을 감싸서 고정시키며, 애노드 분리판(210)과의 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓(300)과; 캐소드 분리판(220)의 냉각면에 형성되어 인접 배치되는 다른 단위셀의 애노드 분리판(210)과 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓(400)을 더 포함한다.In addition, the fuel cell unit cell according to an embodiment of the present invention is formed on the reaction surface of the cathode separator 220, and the upper and lower ends of the sub gasket 120 are wrapped around and fixed at the side of the sub gasket 120, a reaction surface gasket 300 forming an airtight line with the anode separator 210; It is formed on the cooling surface of the cathode separator 220 and further includes a cooling surface gasket 400 forming an airtight line with the anode separator 210 of another unit cell disposed adjacent thereto.

여기서, 막전극접합체(110), 서브 가스켓(120), 기체확산층(130), 애노드 분리판(210) 및 캐소드 분리판(220)는 도 1 및 도 3에 도시된 종래의 연료전지 스택을 구성하는 막전극접합체(110), 서브 가스켓(120), 기체확산층(130), 애노드 분리판(210) 및 캐소드 분리판(220)의 구성을 그대로 유지한다.Here, the membrane electrode assembly 110, the sub gasket 120, the gas diffusion layer 130, the anode separator 210, and the cathode separator 220 constitute the conventional fuel cell stack shown in FIGS. 1 and 3 The configurations of the membrane electrode assembly 110, the sub gasket 120, the gas diffusion layer 130, the anode separator 210, and the cathode separator 220 are maintained as they are.

다만, 캐소드 분리판(220)에 사출되어 형성되는 가스켓을 배치 및 형상에 대한 변경이 이루어진다.However, changes are made to the arrangement and shape of the gasket formed by being injected into the cathode separator 220 .

부연하자면, 캐소드 분리판(220)은 중앙 영역에 공기가 유동되는 유로가 형성되는 반응영역(221)이 형성되고, 반응영역(221)의 양측 영역으로 다수의 매니폴드(222)가 형성된다. 이때 다수의 매니폴드(222) 중 어느 하나는 공기가 유입되는 공기유입 매니폴드(222)이다.To elaborate, the cathode separator 220 has a reaction region 221 in which a passage through which air flows is formed in the central region, and a plurality of manifolds 222 are formed in regions on both sides of the reaction region 221 . At this time, one of the plurality of manifolds 222 is an air intake manifold 222 into which air is introduced.

그리고, 캐소드 분리판(220)에는 공기유입 매니폴드(222)와 반응영역(221) 사이에 공기유입 매니폴드(222)를 통하여 유입된 공기가 캐소드 분리판(220)의 냉각면에서 반응면으로 통과하여 반응영역(221)으로 유동되도록 반응면 방향으로 돌출되어 관통되는 다수의 공기 유입유로(130)가 형성된다.Further, in the cathode separator 220, air introduced through the air inlet manifold 222 between the air inlet manifold 222 and the reaction region 221 moves from the cooling surface of the cathode separator 220 to the reaction surface. A plurality of air inlet passages 130 protruding and penetrating in the direction of the reaction surface are formed so as to pass through and flow into the reaction region 221 .

또한, 캐소드 분리판(220)의 반응면에는 다수의 매니폴드(222)와 반응영역(221)을 둘러싸면서 애노드 분리판(210)이 접촉되는 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓(300)이 형성된다.In addition, a reaction surface gasket 300 is formed on the reaction surface of the cathode separator 220 to form an airtight line in which the anode separator 210 contacts while surrounding the plurality of manifolds 222 and the reaction region 221. do.

그리고, 캐소드 분리판(220)의 냉각면에는 도 2c에 도시된 종래의 캐소드 분리판(32)의 캐소드 냉각면과 마찬가지로 냉각수가 유입되는 경로와 공기가 유입되는 경로를 확보하면서 애노드 분리판(210)에 접촉되는 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓(400)이 형성된다. 이때 냉각면 가스켓(400)은 그 패턴 및 형상이 종래의 캐소드 분리판에 형성되는 기밀라인을 그대로 유지한다.In addition, on the cooling surface of the cathode separator 220, the anode separator 210 secures a path through which cooling water flows and an air flow path, similar to the cathode cooling surface of the conventional cathode separator 32 shown in FIG. 2C. ) A cooling surface gasket 400 forming an airtight line in contact with is formed. At this time, the cooling surface gasket 400 maintains the pattern and shape of the airtight line formed in the conventional cathode separator.

한편, 반응면 가스켓(300)은 발전접합체(100)의 측부, 즉 서브 가스켓(120)의 측부에서 서브 가스켓(120)의 상단과 하단을 감싸서 클립 형태로 클램핑하면서 고정시키고, 애노드 분리판(210)과의 기밀라인을 형성하는 가스켓이다.On the other hand, the reaction surface gasket 300 surrounds the top and bottom of the sub gasket 120 on the side of the power assembly 100, that is, the side of the sub gasket 120, clamps and fixes it in the form of a clip, and the anode separator 210 ) is a gasket that forms an airtight line with

이를 위하여 반응면 가스켓(300)은 캐소드 분리판(220)의 반응면에 접착되어 구비되는 접착부(310)와; 접착부(310)에서 돌출되는 방향으로 연장되는 힌지부(320)와; 힌지부(320)에서 단부에서 절곡되어 연장되면서 애노드 분리판(210)의 반응면에 밀착되는 밀착부(330)로 구분된다.To this end, the reaction surface gasket 300 includes an adhesive portion 310 attached to the reaction surface of the cathode separator 220; a hinge portion 320 extending in a direction protruding from the adhesive portion 310; The hinge part 320 is divided into a close contact part 330 that is in close contact with the reaction surface of the anode separator 210 while being bent and extended at the end.

특히, 반응면 가스켓(300)은 접착부(310), 힌지부(320) 및 밀착부(330)로 둘러싸여서 서브 가스켓(120)의 측부가 삽입되는 삽입공간(321)이 형성된다. 그래서 반응면 가스켓(300)의 단면은 대략 "ㄷ"자 형상을 갖는 클립형태로 이루어진다.In particular, the reaction surface gasket 300 is surrounded by the adhesive portion 310, the hinge portion 320, and the close contact portion 330 to form an insertion space 321 into which the side portion of the sub gasket 120 is inserted. Therefore, the cross section of the reaction surface gasket 300 is formed in the form of a clip having a substantially “c” shape.

한편, 밀착부(330)에는 힌지부(320)가 형성된 방향의 반대방향, 즉 단위셀을 함께 구성하는 애노드 분리판(210) 방향으로 돌출되어 애노드 분리판(210)의 반응면에 밀착되는 적어도 하나 이상의 실링돌기(331)가 형성된다. On the other hand, at least the contact portion 330 protrudes in the direction opposite to the direction in which the hinge portion 320 is formed, that is, in the direction of the anode separator 210 constituting the unit cell, and is in close contact with the reaction surface of the anode separator 210. One or more sealing protrusions 331 are formed.

이때 실링돌기(331)는 밀착부(330)의 양측 단부에 각각 형성되어 밀착부(330)에 의해 균일한 면압을 가지면서 애노드 분리판(210)과 밀착되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the sealing protrusions 331 are formed at both end portions of the close contact portion 330 and are in close contact with the anode separator 210 while having a uniform surface pressure by the close contact portion 330 .

그리고, 밀착부(330)의 단부는 필릿(fillet, 332) 형태로 형성되는 것이 바람직하다.And, the end of the contact portion 330 is preferably formed in the form of a fillet (fillet, 332).

특히, 서브 가스켓(120)의 가장자리에는 기체확산층(130)이 배치되지 않는 노출영역이 형성되는데, 밀착부(330)의 단부에 필릿(332) 구조가 형성됨에 따라 밀착부(330)가 서브 가스켓(120)의 노출영역을 감싸면서 정렬되도록 한다.In particular, an exposed area where the gas diffusion layer 130 is not disposed is formed at the edge of the sub gasket 120. As the fillet 332 structure is formed at the end of the close contact portion 330, the close contact portion 330 is formed on the sub gasket. (120) to be aligned while covering the exposed area.

그리고, 접착부(310)도 밀착부(330)와 마찬가지로 서브 가스켓(120)의 노출영역을 감싸면서 정렬되도록 한다.Also, the adhesive portion 310 is aligned while surrounding the exposed area of the sub gasket 120, similarly to the contact portion 330.

한편, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 반응면 가스켓(300)은 탄성이 있는 고무 소재로 형성됨에 따라 막전극접합체(110), 서브 가스켓(120), 한 쌍의 기체확산층(130)과 애노드 분리판(210) 및 캐소드 분리판(220)이 체결되는 동안 힌지부(320)가 탄성변형되면서 접착부(310)와 밀착부(330)에 의해 서브 가스켓(120)이 클램핑되면서 고정된다.On the other hand, as shown in FIGS. 7A and 7B, the reaction surface gasket 300 is formed of an elastic rubber material, so that the membrane electrode assembly 110, the sub gasket 120, a pair of gas diffusion layers 130 and While the anode separator 210 and the cathode separator 220 are fastened, the hinge part 320 is elastically deformed, and the sub gasket 120 is clamped and fixed by the adhesive part 310 and the contact part 330.

이때 힌지부(320)의 높이는 막전극접합체(110)과 서브 가스켓(120)이 적층된 높이에 대응되는 만큼 탄성변형되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the height of the hinge portion 320 is elastically deformed corresponding to the height at which the membrane electrode assembly 110 and the sub gasket 120 are stacked.

그래서, 애노드 분리판(210)과 막전극접합체(110) 사이는 반응면 가스켓(300)의 밀착부(330)에 의해 기밀이 유지되고, 캐소드 분리판(220)과 막전극접합체(110) 사이는 반응면 가스켓(300)의 접착부(310)에 의해 기밀이 유지되며, 애노드 분리판(210)과 캐소드 분리판(220) 사이는 반응면 가스켓(300)의 접착부(310), 힌지부(320) 및 밀착부(330)에 의해 기밀이 유지된다.Thus, airtightness is maintained between the anode separator 210 and the membrane electrode assembly 110 by the contact portion 330 of the reaction surface gasket 300, and between the cathode separator 220 and the membrane electrode assembly 110. The airtightness is maintained by the adhesive portion 310 of the reaction surface gasket 300, and between the anode separator 210 and the cathode separator 220, the adhesive portion 310 of the reaction surface gasket 300, the hinge portion 320 ) and confidentiality is maintained by the close contact part 330.

이렇게 캐소드 분리판(220)에 사출되어 형성되는 반응면 가스켓(300)에 의해 애노드 분리판(210)과 막전극접합체(110), 캐소드 분리판(220)과 막전극접합체(110), 애노드 분리판(210)과 캐소드 분리판(220) 사이의 기밀을 유지할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 연료전지용 단위셀을 구성하는 애노드 분리판(210)에는 기밀유지를 위한 별도의 수단을 형성할 필요가 없다.The anode separator 210 and the membrane electrode assembly 110, the cathode separator 220 and the membrane electrode assembly 110, and the anode are separated by the reaction surface gasket 300 formed by being injected into the cathode separator 220 as described above. Since airtightness between the plate 210 and the cathode separator 220 can be maintained, there is no need to form a separate means for airtightness in the anode separator 210 constituting the unit cell for a fuel cell according to the present invention. .

그래서, 애노드 분리판(210)의 반응면 및 냉각면에는 기밀을 위한 가스켓이 형성되지 않는다.Therefore, gaskets for airtightness are not formed on the reaction surface and the cooling surface of the anode separator 210 .

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto, but is limited by the claims described below. Therefore, those skilled in the art can variously modify and modify the present invention within the scope not departing from the technical spirit of the claims described below.

10: 막전극접합체(MEA) 14: 서브 가스켓
20: 기체확산층(GDL) 21: EGA
30: 분리판 조립체 31: 애노드 분리판
31a: 수소 유입유로 31b: 지지돌기
32: 캐소드 분리판 32a: 공기 유입유로
40: 가스켓 41: 외측 기밀라인
42: 내측 기밀라인 50: 엔드플레이트
100: 발전접합체(EGA) 110: 막전극접합체(MEA)
120: 서브 가스켓 130: 기체확산층(GDL)
210: 애노드 분리판 220: 캐소드 분리판
221: 반응영역 222: 매니폴드
223: 공기 유입유로 300: 반응면 가스켓
310: 접착부 320: 힌지부
321: 삽입공간 330: 밀착부
331: 실링돌기 332: 필릿10: membrane electrode assembly (MEA) 14: sub gasket
20: gas diffusion layer (GDL) 21: EGA
30: separator plate assembly 31: anode separator plate
31a: hydrogen inflow path 31b: support protrusion
32: cathode separator 32a: air inflow path
40: gasket 41: outer airtight line
42: inner confidential line 50: end plate
100: power generation assembly (EGA) 110: membrane electrode assembly (MEA)
120: sub gasket 130: gas diffusion layer (GDL)
210: anode separator 220: cathode separator
221: reaction zone 222: manifold
223: air inflow path 300: reaction surface gasket
310: adhesive part 320: hinge part
321: insertion space 330: close contact
331: sealing protrusion 332: fillet

Claims (17)

연료전지의 단위셀에 사용되는 분리판 유닛으로서,
일면에는 막전극접합체(MEA)의 양면에 기체확산층(GDL)을 적층시킨 발전접합체(EGA)가 배치되는 반응면이 형성되고, 타면에는 냉각면이 형성되는 제 1 분리판과;
상기 제 1 분리판의 반응면에 형성되고, 상기 발전접합체(EGA)의 측부에서 상기 발전접합체(EGA)의 상단과 하단을 감싸서 고정시키며, 단위셀을 구성하는 제 2 분리판과의 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓을 포함하는 연료전지용 분리판 유닛.
As a separator unit used in a unit cell of a fuel cell,
a first separator having a reaction surface on one side of which an EGA in which a gas diffusion layer (GDL) is laminated on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) is disposed, and a cooling surface on the other side;
It is formed on the reaction surface of the first separator plate, surrounds and fixes the upper and lower ends of the power generator assembly (EGA) at the side of the power generator assembly (EGA), and forms an airtight line with the second separator constituting the unit cell. A fuel cell separator unit comprising a reaction surface gasket to be formed.
 청구항 1에 있어서,
상기 반응면 가스켓은,
상기 제 1 분리판의 반응면에 접착되어 구비되는 접착부와;
상기 접착부에서 돌출되는 방향으로 연장되는 힌지부와;
상기 힌지부의 단부에서 절곡되어 연장되는 밀착부로 구분되고,
상기 접착부, 힌지부 및 밀착부로 둘러싸여서 상기 발전접합체(EGA)의 측부가 삽입되는 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 1,
The reaction surface gasket,
an adhesive portion adhered to the reaction surface of the first separator;
a hinge portion extending in a direction protruding from the bonding portion;
Divided into a close contact portion that is bent and extended at the end of the hinge portion,
Separator plate unit for a fuel cell, characterized in that an insertion space into which a side portion of the power generation assembly (EGA) is inserted is formed surrounded by the adhesive portion, the hinge portion, and the close contact portion.
 청구항 2에 있어서,
상기 밀착부에는 상기 힌지부가 형성된 방향의 반대방향으로 돌출되는 적어도 하나 이상의 실링돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 2,
The separating plate unit for a fuel cell, characterized in that at least one sealing protrusion protruding in a direction opposite to the direction in which the hinge part is formed is formed on the contact part.
 청구항 2에 있어서,
상기 밀착부의 단부는 필릿(fillet) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 2,
The fuel cell separator unit, characterized in that the end of the contact portion is formed in a fillet shape.
 청구항 1에 있어서,
상기 반응면 가스켓은 탄성이 있는 고무 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 1,
The reaction surface gasket is a separator unit for a fuel cell, characterized in that formed of a rubber material having elasticity.
 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 분리판의 냉각면에 형성되어 인접 배치되는 다른 단위셀의 제 2 분리판과 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓을 더 포함하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 1,
The fuel cell separator unit further comprising a cooling surface gasket formed on the cooling surface of the first separator plate and forming an airtight line with a second separator plate of another unit cell disposed adjacent thereto.
 청구항 1에 있어서,
상기 발전접합체(EGA)는 상기 막전극접합체의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓을 더 포함하고,
상기 반응면 가스켓은 상기 서브 가스켓의 상단과 하단을 감싸서 고정시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판 유닛.
The method of claim 1,
The power generation assembly (EGA) further includes a sub gasket that surrounds and supports an edge of the membrane electrode assembly,
The reaction surface gasket surrounds and fixes the upper and lower ends of the sub gasket.
 막전극접합체(MEA)의 양면에 기체확산층(GDL)을 적층시킨 발전접합체(EGA)와;
상기 발전접합체(EGA)의 외측으로 배치되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면에 반응기체가 유동되는 반응면이 형성되고, 상기 기체확산층과 대면되는 면의 반대면에 냉각수가 유동되는 냉각면이 형성되는 제 1 분리판 및 제 2 분리판과;
상기 제 1 분리판의 반응면에 형성되고, 상기 발전접합체(EGA)의 측부에서 상기 발전접합체(EGA)의 상단과 하단을 감싸서 고정시키며, 상기 제 2 분리판과의 기밀라인을 형성하는 반응면 가스켓과;
상기 제 1 분리판의 냉각면에 형성되어 인접 배치되는 다른 단위셀의 제 2 분리판과 기밀라인을 형성하는 냉각면 가스켓을 포함하는 연료전지용 단위셀.
a power generation assembly (EGA) in which a gas diffusion layer (GDL) is laminated on both sides of a membrane electrode assembly (MEA);
It is disposed outside the power generation assembly (EGA), and a reaction surface through which reaction gas flows is formed on a surface facing the gas diffusion layer, and a cooling surface through which cooling water flows is formed on a surface opposite to the surface facing the gas diffusion layer. a first separating plate and a second separating plate;
It is formed on the reaction surface of the first separation plate, surrounds and fixes the upper and lower ends of the power generation assembly (EGA) at the side of the power generation assembly (EGA), and forms an airtight line with the second separation plate. gasket;
A unit cell for a fuel cell comprising a cooling surface gasket formed on a cooling surface of the first separator plate and forming an airtight line with a second separator plate of another unit cell disposed adjacent thereto.
 청구항 8에 있어서,
상기 반응면 가스켓은,
상기 제 1 분리판의 반응면에 접착되어 구비되는 접착부와;
상기 접착부에서 돌출되는 방향으로 연장되는 힌지부와;
상기 힌지부의 단부에서 절곡되어 연장되면서 상기 제 2 분리판의 반응면에 밀착되는 밀착부로 구분되고,
상기 접착부, 힌지부 및 밀착부로 둘러싸여서 상기 발전접합체(EGA)의 측부가 삽입되는 삽입공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 8,
The reaction surface gasket,
an adhesive portion adhered to the reaction surface of the first separator;
a hinge portion extending in a direction protruding from the bonding portion;
It is divided into a close contact part that is bent and extended at the end of the hinge part and adheres to the reaction surface of the second separator plate,
A unit cell for a fuel cell, characterized in that an insertion space into which a side portion of the power generation assembly (EGA) is inserted is formed surrounded by the adhesive portion, the hinge portion, and the close contact portion.
 청구항 9에 있어서,
상기 밀착부에는 상기 힌지부가 형성된 방향의 반대방향으로 돌출되어 상기 제 2 분리판의 반응면에 밀착되는 적어도 하나 이상의 실링돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 9,
The unit cell for a fuel cell, characterized in that at least one sealing protrusion protruding in a direction opposite to the direction in which the hinge part is formed and in close contact with the reaction surface of the second separator is formed on the contact part.
 청구항 9에 있어서,
상기 밀착부의 단부는 필릿(fillet) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 9,
The unit cell for a fuel cell, characterized in that the end of the contact portion is formed in a fillet form.
 청구항 11에 있어서,
상기 발전접합체(EGA)의 가장자리에는 상기 기체확산층(GDL)이 배치되지 않는 노출영역이 형성되고,
상기 접착부 및 밀착부는 상기 발전접합체(EGA)의 노출영역을 감싸는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 11,
An exposed area in which the gas diffusion layer (GDL) is not disposed is formed at the edge of the power generation assembly (EGA),
The unit cell for a fuel cell, characterized in that the adhesive part and the close contact part surround the exposed area of the power generation assembly (EGA).
 청구항 9에 있어서,
상기 발전접합체(EGA)는 상기 막전극접합체의 가장자리를 둘러싸서 지지하는 서브 가스켓을 더 포함하고,
상기 반응면 가스켓은 상기 서브 가스켓의 상단과 하단을 감싸서 고정시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 9,
The power generation assembly (EGA) further includes a sub gasket that surrounds and supports an edge of the membrane electrode assembly,
The unit cell for a fuel cell, characterized in that the reaction surface gasket surrounds and fixes the upper and lower ends of the sub gasket.
 청구항 13에 있어서,
상기 발전접합체(EGA)와 제 2 분리판 및 제 1 분리판이 체결된 경우에,
상기 힌지부의 높이는 상기 막전극접합체(MEA)과 서브 가스켓이 적층된 높이에 대응되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 13,
When the power generation assembly (EGA) and the second separating plate and the first separating plate are fastened,
A unit cell for a fuel cell, characterized in that the height of the hinge portion corresponds to the height at which the membrane electrode assembly (MEA) and the sub gasket are stacked.
 청구항 13에 있어서,
상기 발전접합체(EGA)와 제 2 분리판 및 제 1 분리판이 체결된 경우에,
상기 반응면 가스켓은 탄성이 있는 고무 소재로 형성되어,
상기 힌지부가 탄성변형되면서 상기 접착부와 밀착부에 의해 상기 서브 가스켓이 클램핑되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 13,
When the power generation assembly (EGA) and the second separating plate and the first separating plate are fastened,
The reaction surface gasket is formed of an elastic rubber material,
The unit cell for a fuel cell, characterized in that the sub-gasket is clamped by the adhesive part and the close contact part while the hinge part is elastically deformed.
 청구항 8에 있어서,
상기 제 2 분리판의 반응면 및 냉각면에는 기밀을 위한 가스켓이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 8,
A unit cell for a fuel cell, characterized in that gaskets for airtightness are not formed on the reaction surface and the cooling surface of the second separator.
 청구항 8에 있어서,
상기 제 1 분리판은 캐소드 분리판이고,
상기 제 2 분리판은 애노드 분리판인 것을 특징으로 하는 연료전지용 단위셀.
The method of claim 8,
The first separator is a cathode separator,
The second separator is a unit cell for a fuel cell, characterized in that the anode separator.
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